JPH07258824A - Base material coated with boron nitride containing film - Google Patents

Base material coated with boron nitride containing film

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JPH07258824A
JPH07258824A JP5624194A JP5624194A JPH07258824A JP H07258824 A JPH07258824 A JP H07258824A JP 5624194 A JP5624194 A JP 5624194A JP 5624194 A JP5624194 A JP 5624194A JP H07258824 A JPH07258824 A JP H07258824A
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JP
Japan
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substrate
film
boron nitride
containing film
boron
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JP5624194A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Nishiyama
哲 西山
Akinori Ebe
明憲 江部
Kiyoshi Ogata
潔 緒方
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a base material excellent in chemical stability as well as in hardness and toughness. CONSTITUTION:This base material is a base material 10 coated with boron nitride containing film and can be obtained by coating a base material 1 with a boron nitride containing film 2 which has infrared absorption peaks observed by an infrared spectroscopic method at least at the wave numbers of about 1080cm<-1> and about 1380cm<-1> and in which the intensity ratio of respective absorption peaks at the wave numbers of about 1380cm<-1> and about 1080cm<-1> 15 regulated to 0.15-3.5. As the crystal structure of BN in the boron nitride containing film formed on the base material, c-BN and h-BN exist in the form of a mixture, and as a result, superior hardness due to c-BN can be provided, and further, the inferior brittleness can be improved because h-BN has a property of cleaving in a c-axis direction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、窒化ホウ素含有膜被覆
基体に関し、より詳細には、切削工具、金型、磁気ヘッ
ド又は各種の慴動部品等において、摩擦、摩耗、潤滑性
能等を向上させるための窒化ホウ素含有膜が被覆された
基体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a boron nitride-containing film-coated substrate, and more particularly, to improve friction, wear, lubrication performance, etc. in cutting tools, dies, magnetic heads or various sliding parts. The present invention relates to a substrate coated with a boron nitride-containing film.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化ホウ素(BN)は、結晶構造によっ
て六方晶系のグラファイトと類似した構造のもの(h−
BN)、立方晶系閃亜鉛鉱型のもの(c−BN)、ある
いは六方晶系のウルツ鉱型のもの(w−BN)等に大別
される。c−BNはダイヤモンドに次ぐ高硬度、熱伝導
率を有し、さらに、熱的・化学的安定性はダイヤモンド
より優れていることから、切削工具といった耐摩耗性を
必要とする分野やヒートシンク用材料に応用されてい
る。
2. Description of the Related Art Boron nitride (BN) has a structure similar to that of hexagonal graphite (h-
BN), cubic zinc blende type (c-BN), or hexagonal wurtzite type (w-BN). c-BN has high hardness and thermal conductivity second only to diamond, and is superior in thermal and chemical stability to diamond. Therefore, it is a material for heat sinks and heat sinks that require wear resistance such as cutting tools. Has been applied to.

【0003】しかし、c−BNは高温度、高圧力下で人
工的に合成されるものであるので、その製造コストは非
常に高くなるとともに、合成されるc−BNの形態が粉
や粒といったものになるため、その応用範囲が限られた
ものとなる。そこで、c−BNやw−BNを低温下で、
薄膜合成しようとする試みが、各種PVD法(Physical
Vapor Deposition)やCVD法(Chemical Vapor Depos
ition )によって盛んに行われている。
However, since c-BN is artificially synthesized under high temperature and high pressure, the production cost thereof is very high and the form of c-BN synthesized is powder or granules. As a result, the range of application is limited. So, c-BN and w-BN at low temperature,
Attempts to synthesize thin films were made using various PVD methods (Physical
Vapor Deposition) and CVD (Chemical Vapor Depos
ition).

【0004】熱CVD法での研究の一例を述べると、こ
の方法では基体を反応室に入れ、ホウ素(B)を含有す
るガスや窒素(N)を含有する原料ガスを反応室に導入
した後、基体を1000℃近い温度に加熱することによ
って、前記原料ガスを熱分解させて基体の表面に膜を形
成しようとするものである。しかし、この方法では基体
に耐熱性が要求されるため、基体種が限定されてしまう
という欠点がある。例えば、高速度工具鋼(ハイス鋼)
のような約500℃以上の温度で硬度の劣化を生じる様
なものや、高温下での変形による寸法精度のくるいが許
されない金型といったものを基体として用いることが出
来ない。さらに、CVD法ではh−BNの合成は容易に
なされてきたものの、c−BNの合成例はまだ報告され
ておらず、研究段階にあるのが実状である。
An example of research by the thermal CVD method will be described. In this method, a substrate is placed in a reaction chamber, and a gas containing boron (B) and a source gas containing nitrogen (N) are introduced into the reaction chamber. By heating the substrate to a temperature close to 1000 ° C., the raw material gas is thermally decomposed to form a film on the surface of the substrate. However, this method has a drawback that the type of substrate is limited because the substrate is required to have heat resistance. For example, high speed tool steel (high speed steel)
It is impossible to use, as a substrate, such a product as described above that causes hardness deterioration at a temperature of about 500 ° C. or higher, or a mold that does not allow dimensional accuracy due to deformation at high temperatures. Further, although h-BN has been easily synthesized by the CVD method, an example of synthesizing c-BN has not been reported yet, and the fact is that it is in the research stage.

【0005】さらに、PVD法においても、例えばレー
ザーを照射することによって窒化ホウ素よりなるターゲ
ットをスパッタリングし、基体表面に窒化ホウ素含有膜
を形成しようとする方法が試みられたが、CVD法と同
じく、c−BNの合成は不可能であった。近年、イオン
やプラズマを積極的に用いて、低温下でc−BNを合成
しようとする試みが幾つも行われ、例えば、特公平2−
59863号公報には、真空蒸着とイオン照射とを併用
することによってc−BNを低温下で合成する方法も提
案されている。これによると、従来困難であった、c−
BNの低温下での薄膜合成が可能となり、BN膜の応用
の拡大が可能である。
Further, in the PVD method, a method of sputtering a target made of boron nitride by irradiating a laser to form a boron nitride-containing film on the surface of the substrate has been tried, but like the CVD method, Synthesis of c-BN was not possible. In recent years, many attempts have been made to synthesize c-BN at low temperature by positively using ions and plasma.
Japanese Patent Publication No. 59863 also proposes a method of synthesizing c-BN at a low temperature by using vacuum vapor deposition and ion irradiation in combination. According to this, c-
Thin film synthesis of BN at low temperature becomes possible, and application of BN film can be expanded.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】プラズマ、イオン等の
利用により、低温下でのc−BN膜の合成への道は開け
たが、実用化にあたっては、基体と膜との密着性や靱性
が大きな問題となる。つまり、上述した方法により、低
温下でc−BN膜を合成することは可能となったが、c
−BN膜は脆性物質であり、使用中、膜にクラックが入
りやすく、膜が欠けてしまい、実用上十分な特性が得ら
れていないのが現状である。
The use of plasma, ions, etc. has opened the way to the synthesis of c-BN films at low temperatures, but in practical use, the adhesion and toughness between the substrate and the film have to be improved. It becomes a big problem. That is, although it was possible to synthesize a c-BN film at a low temperature by the method described above,
The BN film is a brittle substance, and during use, the film is likely to be cracked, and the film is chipped, so that practically sufficient characteristics are not obtained.

【0007】この発明は上記記載の課題に鑑みなされた
ものであり、基体上に、実用上十分な靱性及び硬度を有
し、かつ化学的安定性に優れたBN膜が形成された窒化
ホウ素含有膜被覆基体を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and contains a boron nitride containing a BN film on a substrate, which has practically sufficient toughness and hardness and is excellent in chemical stability. The purpose is to provide a film-coated substrate.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、赤外分光法による赤外吸収ピークを少な
くとも約1080cm-1と約1380cm-1との波数に
有し、約1380cm-1と約1080cm-1との波数で
の吸収ピークの強度比が0.15〜3.5の範囲にある
窒化ホウ素含有膜を基体に被覆したものである。
Means for Solving the Problems] To achieve the above object, the present invention has a wave number of at least about 1080 cm -1 to about 1380 cm -1 of the infrared absorption peak by infrared spectroscopy, approximately 1380 cm - The substrate is coated with a boron nitride-containing film in which the intensity ratio of absorption peaks at wave numbers of 1 and about 1080 cm −1 is in the range of 0.15 to 3.5.

【0009】本発明の窒化ホウ素含有膜被覆基体におい
て用いられる基体は、特に限定されるものではなく、例
えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート
等のポリエチレン類、ポリイミド等の高分子よりなる基
体、高速度工具鋼、超硬合金、炭素綱等の金属、アルミ
ナ、窒化珪素、炭化珪素等のセラミックよりなる材料を
用いることができる。
The substrate used in the substrate coated with the boron nitride-containing film of the present invention is not particularly limited, and examples include substrates made of polyethylenes such as polycarbonate and polyethylene terephthalate, polymers such as polyimide, and high speed tool steel. Materials such as cemented carbide, metals such as carbon steel, and ceramics such as alumina, silicon nitride, and silicon carbide can be used.

【0010】本発明の窒化ホウ素含有膜被覆基体におけ
る窒化ホウ素含有膜においては、c−BNの結晶構造を
有しているものであれば高硬度を有することができ、h
−BNの結晶構造を有しているものであればc−BNの
脆性をh−BNの僻開性により改善することができ、全
体として高硬度と靱性とを有する膜を得ることができる
ので、c−BNとh−BNとを混在させることが好まし
い。これらの構造を有するBNを赤外分光法によって分
析した場合、c−BNは約1080cm-1の波数に、h
−BNは約1380cm-1及び約780cm-1の波数に
それぞれ吸収ピークを有する。従って、c−BNとh−
BNとの混合量は、赤外吸収ピーク強度比(1380c
-1ピーク強度/1080cm-1ピーク強度)で決定す
ることができる。すなわち、赤外吸収ピーク強度比が、
膜全体として0.15〜3.5の範囲内に存在すること
が必要であり、好ましくは0.5〜2.5に存在するこ
とである。h−BNの量が多すぎると膜は軟質になりす
ぎ、c−BNの量が多すぎると膜の靱性が劣るので、そ
の混合量を赤外吸収ピーク強度比により調整するためで
ある。
The boron nitride-containing film in the boron nitride-containing film-coated substrate of the present invention can have a high hardness as long as it has a c-BN crystal structure, and h
If it has a crystal structure of -BN, the brittleness of c-BN can be improved by the cleavability of h-BN, and a film having high hardness and toughness as a whole can be obtained. , C-BN and h-BN are preferably mixed. When BN having these structures was analyzed by infrared spectroscopy, c-BN had a wave number of about 1080 cm −1 and h
-BN has absorption peaks at wave numbers of about 1380 cm -1 and about 780 cm -1 , respectively. Therefore, c-BN and h-
The mixing amount with BN is the infrared absorption peak intensity ratio (1380c
m −1 peak intensity / 1080 cm −1 peak intensity). That is, the infrared absorption peak intensity ratio is
It is necessary that the entire film exists in the range of 0.15 to 3.5, preferably 0.5 to 2.5. This is because when the amount of h-BN is too large, the film becomes too soft, and when the amount of c-BN is too large, the toughness of the film is inferior. Therefore, the mixing amount is adjusted by the infrared absorption peak intensity ratio.

【0011】赤外吸収ピーク強度比を0.15〜3.5
に有する膜は、一層でも複数層でもよい。また、赤外吸
収ピーク強度比を0.15〜0.5又は2.5〜3.5
に有する場合は、膜全体としてピーク強度比が上記範囲
内に存在するように、赤外吸収ピーク強度比が異なる複
数の層が形成されていることが好ましい。また、この際
のピーク強度比は徐々に、又は段階的に増減等の変化を
させてもよいが、基体側から膜表面側にかけて大きくな
っていることが好ましい。
The infrared absorption peak intensity ratio is 0.15 to 3.5.
The film included in 1 may be a single layer or a plurality of layers. The infrared absorption peak intensity ratio is 0.15 to 0.5 or 2.5 to 3.5.
In the case of the above, it is preferable that a plurality of layers having different infrared absorption peak intensity ratios are formed so that the peak intensity ratio exists in the above range as a whole film. Further, the peak intensity ratio at this time may be changed gradually or stepwise such as increasing or decreasing, but it is preferable that the ratio is increased from the substrate side to the film surface side.

【0012】本発明の窒化ホウ素含有膜被覆基体におい
ては、基体の表面に、基体を構成する原子、窒化ホウ素
含有膜を構成する窒素原子及びホウ素原子が混在した領
域が形成されていてもよい。このような領域は、例えば
基体上に、ホウ素の真空蒸着又はスパッタと窒素イオン
照射とを併用して窒化ホウ素膜を形成することにより、
形成することができる。
In the substrate coated with a boron nitride-containing film of the present invention, a region in which atoms constituting the substrate, nitrogen atoms and boron atoms constituting the boron nitride-containing film are mixed may be formed on the surface of the substrate. Such a region is formed, for example, by forming a boron nitride film on a substrate by using vacuum vapor deposition or sputtering of boron and nitrogen ion irradiation in combination.
Can be formed.

【0013】また、基体として、基体表面に窒素原子が
注入された領域を有していてもよい。つまり、基体の表
面に、基体を構成する原子及び窒素原子が混在した領域
が形成されていてもよい。このような領域は、例えば基
体上に、窒素イオンを照射することにより形成すること
ができる。その際の窒素イオンの照射エネルギーは、
0.1KeV〜40KeVが好ましい。0.1KeV未
満であると、注入された窒素イオンの基体への進入深さ
が浅すぎて、膜の密着性の向上を十分図ることができ
ず、一方、40KeVより大きい場合には、基体に熱的
な損傷が過度にもたらされることとなり、基体の特性が
劣化するので好ましくない。基体に照射する窒素イオン
の個数は1×1014個/cm2 〜1×1019個/cm2
が好ましい。1×1014個/cm2 未満であると、基体
に分布する窒素原子の数が少なく、本発明の効果が十分
に発揮されなくなり、1×1019個/cm2 より大きい
と、基体に対するイオン照射による損傷が過度にもたら
されることとなり、基体の特性が劣化し、好ましくな
い。
Further, the substrate may have a region in which nitrogen atoms are implanted on the surface of the substrate. That is, a region in which the atoms forming the substrate and the nitrogen atoms are mixed may be formed on the surface of the substrate. Such a region can be formed, for example, by irradiating the substrate with nitrogen ions. The irradiation energy of nitrogen ions at that time is
0.1 KeV to 40 KeV is preferable. If it is less than 0.1 KeV, the penetration depth of implanted nitrogen ions into the substrate is too shallow to sufficiently improve the adhesion of the film. On the other hand, if it is greater than 40 KeV, the substrate becomes This is not preferable because it causes excessive thermal damage and deteriorates the characteristics of the substrate. The number of nitrogen ions with which the substrate is irradiated is 1 × 10 14 / cm 2 to 1 × 10 19 / cm 2.
Is preferred. When 1 × 10 is 14 pieces / cm less than 2, fewer nitrogen atoms distributed in the substrate, the effect of the present invention is not sufficiently exhibited, 1 × and 10 is larger than 19 pieces / cm 2, the ion to the substrate Irradiation causes excessive damage, which deteriorates the characteristics of the substrate, which is not preferable.

【0014】さらに、本発明においては、基体の表面
に、基体を構成する原子及び窒素原子が混在した領域が
形成されており、さらに、該領域の表面に、基体を構成
する原子、窒化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及びホ
ウ素原子が混在した領域が形成されていてもよい。この
ような領域は、上記のように、まず、基体上に窒素イオ
ンを照射した後、窒素イオンが照射された領域上に、ホ
ウ素の真空蒸着又はスパッタと窒素イオン照射とを併用
して窒化ホウ素膜を形成することにより、形成すること
ができる。
Further, in the present invention, a region in which the atoms and nitrogen atoms forming the substrate are mixed is formed on the surface of the substrate, and further, the atoms forming the substrate and boron nitride are contained on the surface of the region. A region in which nitrogen atoms and boron atoms which form the film are mixed may be formed. As described above, such a region is formed by first irradiating the substrate with nitrogen ions, and then by vacuum deposition or sputtering of boron and nitrogen ion irradiation on the region irradiated with nitrogen ions. It can be formed by forming a film.

【0015】本発明において、窒化ホウ素含有膜のc−
BNあるいはh−BNの結晶構造は、照射イオンの照射
エネルギー、イオン種、電流密度及び基体上に到達する
ホウ素原子と窒素原子との比(B/N組成比)を単独で
変化させることにより、又は組み合わせて変化させるこ
とにより制御することができる。例えば、イオンの照射
エネルギーを一定にして、B/N組成比を連続的又は断
続的に変化させて成膜してもよいし、B/N組成比を一
定に保ちながら、イオンの照射エネルギーを連続的又は
断続的に変化させてもよい。また、イオンの照射エネル
ギー、電流密度を一定にして、B/N組成比を連続的に
あるいは断続的に変化させたり、同じB/N組成比でイ
オンの照射エネルギー、電流密度を連続的または断続的
に変化させてもよい。さらに、イオンの照射エネルギ
ー、B/N組成比を共に連続的にあるいは断続的に変化
させることもでき、イオン種を適宜選択することによっ
ても行うことができる。例えば、窒素イオンを用いた場
合、照射エネルギーが2KeV以上の場合、電流密度が
0.1mA/cm2 以下では、B/N組成比を1より大
きくすればする程、c−BNの結晶成長が促進され、逆
にB/N組成比が1に近いほど、h−BNが合成されや
すい。また、電流密度が0.1mA/cm2 より大きい
場合は、B/N組成比にかかわらず、c−BNの結晶成
長が促進される。また、2KeVより小さい照射エネル
ギーの窒素イオンを用いる場合、電流密度にかかわら
ず、B/N組成比が1に近い程、c−BNの結晶成長が
促進され、B/N組成比が1より大きくなる程、h−B
Nが合成され易い。また、窒素イオンとArイオンを混
合させたものを用いて窒化ホウ素含有膜内のBNの結晶
構造を制御することもでき、その場合は、イオンの電流
密度に拘らず、B/N組成比が1に近づく程、c−BN
の結晶成長が促進され、B/N組成比が1より大きい場
合にはh−BNの結晶成長が促進されるので、それを利
用して窒化ホウ素含有膜の結晶構造を変化させることが
できる。但し、イオンの照射エネルギーが40KeVを
越えると、膜内に過大な欠陥が生成され、該膜の硬度や
化学的安定性が低下するので好ましくなく、0.1Ke
V未満であるとc−BNの形成が困難になるので好まし
くない。また、B/N組成比が1.0より小さい場合に
は、蒸着ホウ素の照射イオンによるスパッタが過大にな
り、やはり膜内に過大な欠陥が生成され、該膜の硬度や
化学的安定性が低下するので好ましくない。B/N組成
比が60より多くなると、膜内に含有される窒化ホウ素
の量が少なくなり、該窒化ホウ素の特性が充分に引き出
されなくなるので好ましくない。
In the present invention, the c-
The crystal structure of BN or h-BN is obtained by independently changing the irradiation energy of irradiation ions, the ion species, the current density, and the ratio of boron atoms and nitrogen atoms reaching the substrate (B / N composition ratio). Or it can control by changing in combination. For example, the ion irradiation energy may be kept constant and the B / N composition ratio may be changed continuously or intermittently to form a film, or the ion irradiation energy may be kept constant while keeping the B / N composition ratio constant. It may be changed continuously or intermittently. Further, the irradiation energy and current density of ions are kept constant, and the B / N composition ratio is changed continuously or intermittently, or the irradiation energy and current density of ions are continuously or intermittently changed at the same B / N composition ratio. May be changed. Furthermore, both the irradiation energy of the ions and the B / N composition ratio can be changed continuously or intermittently, and the ion species can be selected appropriately. For example, when nitrogen ions are used, when the irradiation energy is 2 KeV or more, and when the current density is 0.1 mA / cm 2 or less, the crystal growth of c-BN increases as the B / N composition ratio becomes larger than 1. It is accelerated, and conversely, the closer the B / N composition ratio is to 1, the more easily h-BN is synthesized. When the current density is higher than 0.1 mA / cm 2 , the crystal growth of c-BN is promoted regardless of the B / N composition ratio. Further, when nitrogen ions having an irradiation energy smaller than 2 KeV are used, the crystal growth of c-BN is promoted as the B / N composition ratio becomes closer to 1, and the B / N composition ratio becomes larger than 1 regardless of the current density. I see, h-B
N is easily synthesized. It is also possible to control the crystal structure of BN in the boron nitride-containing film by using a mixture of nitrogen ions and Ar ions. In that case, regardless of the current density of the ions, the B / N composition ratio is The closer to 1, the c-BN
Crystal growth is promoted, and when the B / N composition ratio is larger than 1, crystal growth of h-BN is promoted, so that it can be utilized to change the crystal structure of the boron nitride-containing film. However, when the ion irradiation energy exceeds 40 KeV, excessive defects are generated in the film, and the hardness and chemical stability of the film are deteriorated, which is not preferable, and 0.1 Ke
When it is less than V, it is difficult to form c-BN, which is not preferable. Further, when the B / N composition ratio is less than 1.0, the sputtering due to the irradiation ions of vapor-deposited boron becomes excessive, and also excessive defects are generated in the film, so that the hardness and the chemical stability of the film are deteriorated. It is not preferable because it decreases. When the B / N composition ratio is more than 60, the amount of boron nitride contained in the film becomes small, and the characteristics of the boron nitride cannot be sufficiently obtained, which is not preferable.

【0016】また、本発明において、膜を形成する際の
基体の温度は、約60℃〜約200℃が好ましく、約6
0℃〜約150℃がより好ましい。これは基体ホルダー
を冷却することにより得られる。これによって、本発明
の効果が変化することはないが、熱的なダメージを避け
なければならないような種々の材質の基体を用いること
ができる。
Further, in the present invention, the temperature of the substrate when forming the film is preferably about 60 ° C. to about 200 ° C., and about 6 ° C.
More preferred is 0 ° C to about 150 ° C. This is obtained by cooling the substrate holder. This does not change the effect of the present invention, but it is possible to use a substrate made of various materials that must avoid thermal damage.

【0017】本発明においては、例えば、イオン蒸着薄
膜形成法、イオンプレーティング法、各種スパッタリン
グ法を適宜用いて、基体上に膜を形成することができ
る。この際の膜を形成する装置としては特に限定される
ものではないが、BN膜中に高硬度のc−BN構造を含
有させることが容易な方法である真空蒸着又はスパッタ
とイオン照射とを同時に行えるものが好ましい。例え
ば、図3に示すような真空蒸着とイオン照射とが同時に
行える装置を用いることができる。この装置によれば、
ホウ素の蒸発原子が照射イオンとの衝突によって高励起
化され、c−BN結晶が形成されやすい。図3におい
て、1は基体であり、基体ホルダー8は、基体1を載置
できるように構成されている。また、基体1に対向する
位置に蒸発源3、イオン源4がそれぞれ配設されてお
り、これらはすべて真空容器5内に納められている。真
空容器5は排気装置(図示せず)によって真空状態に保
持される。さらに、基体ホルダー8近傍には基体1への
蒸着原子の蒸着量をモニターすることができる膜厚モニ
ター6が、基体1へのイオンの照射量をモニターするこ
とができるイオン電流測定器7がそれぞれ配設されてい
る。また、基体ホルダー8には、基体1を冷却するため
の冷却管(図示せず)が内設されていてもよい。
In the present invention, the film can be formed on the substrate by appropriately using, for example, an ion vapor deposition thin film forming method, an ion plating method, and various sputtering methods. The apparatus for forming the film at this time is not particularly limited, but vacuum vapor deposition or sputtering, which is a method of easily including a high hardness c-BN structure in the BN film, and ion irradiation are performed at the same time. What can be done is preferable. For example, an apparatus capable of simultaneously performing vacuum vapor deposition and ion irradiation as shown in FIG. 3 can be used. According to this device,
Evaporated atoms of boron are highly excited by collision with irradiation ions, and c-BN crystals are easily formed. In FIG. 3, reference numeral 1 is a base, and the base holder 8 is configured so that the base 1 can be placed. Further, an evaporation source 3 and an ion source 4 are arranged at positions facing the substrate 1, respectively, and they are all housed in a vacuum container 5. The vacuum container 5 is held in a vacuum state by an exhaust device (not shown). Further, in the vicinity of the substrate holder 8, a film thickness monitor 6 capable of monitoring the vapor deposition amount of vapor deposition atoms on the substrate 1, and an ion current measuring device 7 capable of monitoring the irradiation amount of ions on the substrate 1 are provided. It is arranged. Further, a cooling pipe (not shown) for cooling the substrate 1 may be provided inside the substrate holder 8.

【0018】このように構成される装置においては、真
空容器5は排気装置によって、所定の真空度に排気さ
れ、保持される。蒸発源3は電子ビーム、抵抗や高周波
によってホウ素含有物質を加熱させ蒸気化させるもので
ある。但し、ホウ素含有物質として昇華性の物質を用い
て加熱気化させる場合には、蒸発速度が安定しないこと
があるため、スパッタリング法を用いることができる。
また、イオン源4の方式も特に限定されず、カウフマン
型やバケット型等を適宜用いることができる。膜厚モニ
ター6及びイオン電流測定器7の方式は特に限定される
ものではなく、例えば、膜厚モニター6としては水晶振
動子を用いたもの、イオン電流測定器7としてはファラ
デーカップ等を適宜用いることができる。
In the apparatus constructed as described above, the vacuum container 5 is evacuated to a predetermined degree of vacuum and held by the evacuation device. The evaporation source 3 heats and vaporizes a boron-containing substance by an electron beam, resistance or high frequency. However, when a sublimable substance is used as the boron-containing substance for vaporization by heating, the evaporation rate may not be stable, and thus the sputtering method can be used.
Moreover, the method of the ion source 4 is not particularly limited, and a Kauffman type, a bucket type, or the like can be appropriately used. The methods of the film thickness monitor 6 and the ion current measuring device 7 are not particularly limited. For example, a crystal oscillator is used as the film thickness monitor 6, and a Faraday cup or the like is appropriately used as the ion current measuring device 7. be able to.

【0019】本発明の基体は、基体を基体ホルダーに設
置することによって真空容器内に納め、例えば、1×1
-6torr以下の真空度に排気した後、基体上にホウ素の
堆積と窒素イオンのイオン照射とを行い、窒化ホウ素含
有膜を形成する。なお、基体表面に、まず、窒素イオン
等のイオン照射をしたのち、基体上に膜を形成してもよ
い。この際の基体へのイオンの照射角度は特に限定され
るものではない。
The substrate of the present invention is placed in a vacuum container by placing the substrate on a substrate holder, and for example, 1 × 1.
After evacuation to a vacuum degree of 0 −6 torr or less, boron is deposited on the substrate and nitrogen ion irradiation is performed to form a boron nitride-containing film. The surface of the substrate may be first irradiated with ions such as nitrogen ions, and then a film may be formed on the substrate. The irradiation angle of the ions on the substrate at this time is not particularly limited.

【0020】ホウ素含有物質を堆積させる方法として
は、蒸発源よりホウ素含有物質を加熱し、蒸気化させる
真空蒸着又はスパッタリング等が挙げられる。蒸発源か
らの蒸気化又はスパッタリングするホウ素含有物質とし
ては、ホウ素の単体、酸化物、窒化物、あるいは炭化物
等を用いることができる。そして、該物質の蒸着又は堆
積と同時、あるいは蒸着又は堆積後に、イオン源より少
なくとも窒素を含有するイオンを照射する。この際、照
射するイオンとしては、窒素イオンを用いるのが効果的
であるが、窒素イオンと、不活性ガスイオンや水素イオ
ンとを含有するもの等を用いることができる。これら
は、例えば、イオン源に窒素ガスのみ、あるいは窒素ガ
スと不活性ガスあるいは水素ガス等とを導入することに
よって得ることができる。この場合には、不活性ガスイ
オンや水素イオンによって、堆積したホウ素原子が、よ
り一層高励化状態になるので、膜の結晶化度が向上する
という利点がある。照射するイオンの照射エネルギーは
約0.1KeV〜約40KeVの範囲内が好ましい。ま
た、膜を形成する際の基体に到達するホウ素原子と窒素
イオンとの組成比は、約1.0〜約60.0が好まし
い。なお、B/Nの組成比は、図3における膜厚モニタ
ー6によって、基体に到達するホウ素原子の数を測定
し、電流測定器7によって、基体に照射されるイオンの
個数を計測することによって調整することができる。窒
化ホウ素含有膜としては、約1380cm-1と約108
0cm-1との赤外吸収ピーク強度比を0.15〜3.5
に有するものであれば、膜中、組成比が一定のものであ
ってもよいし、基体側から膜表面側にかけて、B/N組
成比が徐々に、あるいは段階的に異なるように形成する
ことも可能である。また、この際の窒化ホウ素含有膜の
膜厚は、特に限定されるものではないが、0.05μm
〜10μmが好ましい。
Examples of the method for depositing the boron-containing substance include vacuum vapor deposition or sputtering in which the boron-containing substance is heated and vaporized by an evaporation source. As the boron-containing substance vaporized or sputtered from the evaporation source, a simple substance of boron, an oxide, a nitride, a carbide, or the like can be used. Then, simultaneously with the vapor deposition or deposition of the substance, or after the vapor deposition or deposition, the ion source is irradiated with ions containing at least nitrogen. At this time, it is effective to use nitrogen ions as the ions to be irradiated, but those containing nitrogen ions and inert gas ions or hydrogen ions can be used. These can be obtained, for example, by introducing only nitrogen gas into the ion source, or introducing nitrogen gas and an inert gas or hydrogen gas. In this case, the deposited boron atoms are brought into an even more highly excited state by the inert gas ions and hydrogen ions, which has the advantage of improving the crystallinity of the film. The irradiation energy of the ions for irradiation is preferably in the range of about 0.1 KeV to about 40 KeV. Further, the composition ratio of boron atoms and nitrogen ions reaching the substrate when forming the film is preferably about 1.0 to about 60.0. The composition ratio of B / N is obtained by measuring the number of boron atoms reaching the substrate with the film thickness monitor 6 in FIG. 3 and measuring the number of ions with which the substrate is irradiated by the current measuring device 7. Can be adjusted. The film containing boron nitride is about 1380 cm -1 and about 108
The infrared absorption peak intensity ratio with 0 cm −1 is 0.15 to 3.5
The composition ratio may be constant in the film as long as it has the above condition, or the B / N composition ratio may be gradually or stepwise changed from the substrate side to the film surface side. Is also possible. The thickness of the boron nitride-containing film at this time is not particularly limited, but is 0.05 μm.
It is preferably 10 μm.

【0021】[0021]

【作用】本発明の窒化ホウ素含有膜被覆基体によれば、
赤外分光法による赤外吸収ピークを少なくとも約108
0cm-1と約1380cm-1との波数に有し、約138
0cm-1と約1080cm-1との波数での吸収ピークの
強度比を0.15〜3.5に有する窒化ホウ素含有膜を
基体上に被覆するので、該膜の結晶構造が、所望の割合
でc−BNとh−BNとの混在したものとなる。つま
り、c−BNに基づいた高い硬度を有し、h−BNに基
づいたc軸方向に僻開した軟性によりc−BNの脆性が
解消されて、全体として高い硬度と靱性とを有する。
According to the boron nitride-containing film-coated substrate of the present invention,
An infrared absorption peak by infrared spectroscopy of at least about 108
Has a wave number of between 0 cm -1 and about 1380 cm -1, about 138
Since coating the boron nitride-containing film having an intensity ratio of absorption peaks 0.15 to 3.5 at a wave number of 0 cm -1 and about 1080 cm -1 on a substrate, the membrane of the crystal structure, the desired ratio Therefore, c-BN and h-BN are mixed. That is, it has a high hardness based on c-BN, and the brittleness of c-BN is eliminated by the softness cleaved in the c-axis direction based on h-BN, resulting in high hardness and toughness as a whole.

【0022】さらに、基体表面に、基体を構成する原
子、窒化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及びホウ素原
子が混在した領域が形成されている場合には、基体と膜
との界面が消失することとなり、窒化ホウ素含有膜の基
体への密着性が向上することとなる。また、基体が、該
基体表面に窒素原子が注入された領域を有する場合に
は、窒化ホウ素含有膜の基体への濡れ性が改善されると
ともに、基体と該膜との格子定数の不整合の改善によっ
て、膜形成時に発生する内部応力が緩和されることとな
り、基体への窒化ホウ素含有膜の密着性が向上する。
Further, when a region in which atoms constituting the substrate, nitrogen atoms and boron atoms constituting the boron nitride-containing film are mixed is formed on the surface of the substrate, the interface between the substrate and the film disappears. Therefore, the adhesion of the boron nitride-containing film to the substrate is improved. Further, when the substrate has a region in which nitrogen atoms are implanted on the surface of the substrate, the wettability of the boron nitride-containing film to the substrate is improved and the lattice constant mismatch between the substrate and the film By the improvement, the internal stress generated at the time of film formation is relaxed, and the adhesion of the boron nitride-containing film to the substrate is improved.

【0023】さらに、基体が、該基体表面に窒素原子が
注入された領域を有し、さらに該領域の表面に、基体を
構成する原子、窒化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及
びホウ素原子が混在した領域が形成されている場合に
は、濡れ性が向上し、基体と膜との間に生じる内部応力
がさらに緩和されることとなり、窒化ホウ素含有膜の基
体への密着性が著しく向上することとなる。
Further, the substrate has a region in which nitrogen atoms are implanted on the surface of the substrate, and atoms constituting the substrate, nitrogen atoms and boron atoms constituting the boron nitride-containing film are mixed on the surface of the region. When the formed region is formed, the wettability is improved, the internal stress generated between the substrate and the film is further relieved, and the adhesion of the boron nitride-containing film to the substrate is significantly improved. Becomes

【0024】[0024]

【実施例】本発明に係る窒化ホウ素含有膜被覆基体の実
施例を以下に示す。 実施例1 まず、図1に示したシリコン基板1(面方位(10
0))を、図3に示したイオン蒸着薄膜形成装置の真空
容器内に収納し、真空容器内を5×10-7Torrの真
空度に保持した。次いで、純度99.7%のホウ素ペレ
ットを電子ビーム蒸発源より気化させ、シリコン基板1
上に蒸着した。この蒸着と同時に、イオン源に純度5N
の窒素ガスを、真空容器内が5×10-5Torrになる
まで導入し、イオン化させ、0.2KeVの照射エネル
ギーで、基板に立てた法線に対して0°で基板に照射し
た。なお、この際、ホウ素の窒素イオンによるスパッタ
率等を考慮して、ホウ素の蒸発量及び窒素イオンの照射
量を調整し、膜厚約500nm、B/N組成比5となる
ように、シリコン基板1上に窒化ホウ素含有膜2を形成
した。また、イオン源はカスプ磁場を用いたバケット型
イオン源を用いた。
EXAMPLES Examples of boron nitride-containing film-coated substrates according to the present invention are shown below. Example 1 First, the silicon substrate 1 shown in FIG.
0)) was housed in the vacuum container of the ion deposition thin film forming apparatus shown in FIG. 3, and the inside of the vacuum container was maintained at a vacuum degree of 5 × 10 −7 Torr. Next, the boron pellet having a purity of 99.7% is vaporized from the electron beam evaporation source, and the silicon substrate 1
Evaporated on top. Simultaneously with this deposition, the ion source has a purity of 5N.
Was introduced into the vacuum container until the inside of the vacuum container reached 5 × 10 −5 Torr, ionized, and irradiated with the irradiation energy of 0.2 KeV at 0 ° with respect to the normal to the substrate. At this time, the evaporation rate of boron and the irradiation rate of nitrogen ions are adjusted in consideration of the sputtering rate of nitrogen ions of boron, etc., so that the film thickness is about 500 nm and the B / N composition ratio is 5, so that the silicon substrate A boron nitride-containing film 2 was formed on the film 1. As the ion source, a bucket type ion source using a cusp magnetic field was used.

【0025】このようにして形成された窒化ホウ素含有
膜被覆基体10は、シリコン基板1の表面に、シリコ
ン、窒化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及びホウ素原
子が混在した領域1aが形成されており、この領域1a
の上に窒化ホウ素含有膜2が形成されている。 実施例2 実施例1と同様の基板を用い、実施例1と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー10KeV、B/N
組成比=20となるように、約500nmの窒化ホウ素
含有膜を形成した。 実施例3 実施例1と同様の基板を用い、実施例1と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー10KeV、B/N
組成比=25となるように、約500nmの窒化ホウ素
含有膜を形成した後、この膜上に窒素イオンの照射エネ
ルギー10KeV、B/N組成比=1となるように、約
500nmの窒化ホウ素含有膜を形成した。 実施例4 実施例1と同様の基板を用い、実施例1と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー2KeV、B/N組
成比=20となるように、約500nmの窒化ホウ素含
有膜を形成した後、この膜上に窒素イオンの照射エネル
ギー2KeV、B/N組成比=1となるように、約50
0nmの窒化ホウ素含有膜を形成した。 実施例5 実施例1と同様の基板を用い、予め基板に、照射エネル
ギー10KeVで1×1016個/cm2 の窒素イオンを
注入した。次いで、実施例1と同様の方法により、窒素
イオンを注入した基板上に、窒素イオンの照射エネルギ
ー0.2KeV、B/N組成比=5となるように、約5
00nmの窒化ホウ素含有膜を形成した。
In the boron nitride-containing film coated substrate 10 thus formed, the region 1a in which silicon, nitrogen atoms and boron atoms forming the boron nitride-containing film are mixed is formed on the surface of the silicon substrate 1. , This area 1a
A boron nitride-containing film 2 is formed on the above. Example 2 Using the same substrate as in Example 1, the irradiation energy of nitrogen ions was 10 KeV and the B / N ratio was the same as in Example 1.
A boron nitride-containing film having a thickness of about 500 nm was formed so that the composition ratio was 20. Example 3 A substrate similar to that in Example 1 was used, and the irradiation energy of nitrogen ions was 10 KeV and B / N was measured in the same manner as in Example 1.
After forming a film containing boron nitride having a thickness of about 500 nm so as to have a composition ratio of 25, a film containing boron nitride having a content of about 500 nm having a nitrogen ion irradiation energy of 10 KeV and a B / N composition ratio of 1 is formed on the film. A film was formed. Example 4 Using the same substrate as in Example 1, a boron nitride-containing film of about 500 nm was formed by the same method as in Example 1 so that the irradiation energy of nitrogen ions was 2 KeV and the B / N composition ratio was 20. Then, the irradiation energy of nitrogen ions on the film was set to 2 KeV and the B / N composition ratio was set to about 50.
A 0 nm boron nitride-containing film was formed. Example 5 The same substrate as in Example 1 was used, and 1 × 10 16 / cm 2 nitrogen ions were previously implanted into the substrate at an irradiation energy of 10 KeV. Then, in the same manner as in Example 1, the nitrogen ion irradiation energy of 0.2 KeV and the B / N composition ratio = 5 were set on the substrate on which the nitrogen ions were implanted to about 5%.
A 00 nm boron nitride-containing film was formed.

【0026】このようにして形成された窒化ホウ素含有
膜被覆基体20は、図2に示したように、シリコン基板
1の最表面に、シリコン、窒化ホウ素含有膜を構成する
窒素原子及びホウ素原子が混在した領域1aが形成さ
れ、この領域1aの下に窒素原子が注入された領域とし
てシリコンと窒素とが混在した領域1bを有しており、
さらに、領域1aの上に窒化ホウ素含有膜2が形成され
ている。 比較例1 実施例1と同様の基板を用い、実施例1と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー0.2KeV、B/
N組成比=1となるように、約500nmの窒化ホウ素
含有膜を形成した。 比較例2 実施例1と同様の基板を用い、実施例1と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー10KeV、B/N
組成比=1となるように、約500nmの窒化ホウ素含
有膜を形成した。 比較例3 実施例1と同様の基板を用い、実施例3と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー10KeV、B/N
組成比=1.5となるように、約500nmの窒化ホウ
素含有膜を形成した後、この膜上に窒素イオンの照射エ
ネルギー10KeV、B/N組成比=1となるように、
約500nmの窒化ホウ素含有膜を形成した。 比較例4 実施例1と同様の基板を用い、実施例3と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー10KeV、B/N
組成比=1となるように、約500nmの窒化ホウ素含
有膜を形成した。 比較例5 実施例1と同様の基板を用い、実施例3と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー10KeV、B/N
組成比=2となるように、約500nmの窒化ホウ素含
有膜を形成した後、この膜上に窒素イオンの照射エネル
ギー10KeV、B/N組成比=1となるように、約5
00nmの窒化ホウ素含有膜を形成した。 比較例6 実施例1と同様の基板を用い、実施例3と同様の方法に
より、窒素イオンの照射エネルギー10KeV、B/N
組成比=20となるように、約500nmの窒化ホウ素
含有膜を形成した後、この膜上に窒素イオンの照射エネ
ルギー10KeV、B/N組成比=15となるように、
約500nmの窒化ホウ素含有膜を形成した。 比較例7 実施例1と同様の基板を用い、実施例1と同様の方法に
より、予め基板に窒素イオンを照射することなく、窒素
イオンの照射エネルギー0.2KeV、B/N組成比=
5となるように、約500nmの窒化ホウ素含有膜を形
成した。
As shown in FIG. 2, the boron-nitride-containing film-coated substrate 20 thus formed has silicon, nitrogen atoms and boron atoms constituting the boron nitride-containing film on the outermost surface of the silicon substrate 1. A mixed region 1a is formed, and a region 1b in which silicon and nitrogen are mixed is provided below the region 1a as a region into which nitrogen atoms are implanted.
Further, the boron nitride-containing film 2 is formed on the region 1a. Comparative Example 1 A substrate similar to that of Example 1 was used, and the irradiation energy of nitrogen ions was 0.2 KeV, B /
A boron nitride-containing film having a thickness of about 500 nm was formed so that the N composition ratio was 1. Comparative Example 2 Using the same substrate as in Example 1, and by the same method as in Example 1, irradiation energy of nitrogen ions was 10 KeV, B / N.
A boron nitride-containing film having a thickness of about 500 nm was formed so that the composition ratio was 1. Comparative Example 3 Using the same substrate as in Example 1, and by the same method as in Example 3, irradiation energy of nitrogen ions was 10 KeV, B / N.
After forming a film containing boron nitride of about 500 nm so that the composition ratio becomes 1.5, the irradiation energy of nitrogen ions is 10 KeV and the B / N composition ratio becomes 1 on the film.
A film containing boron nitride having a thickness of about 500 nm was formed. Comparative Example 4 Using the same substrate as in Example 1, and by the same method as in Example 3, irradiation energy of nitrogen ions was 10 KeV, B / N.
A boron nitride-containing film having a thickness of about 500 nm was formed so that the composition ratio was 1. Comparative Example 5 Using the same substrate as in Example 1, and by the same method as in Example 3, irradiation energy of nitrogen ions was 10 KeV, B / N.
After forming a film containing boron nitride having a thickness of about 500 nm so that the composition ratio becomes 2, a nitrogen ion irradiation energy of 10 KeV and a B / N composition ratio of about 5 are formed on the film.
A 00 nm boron nitride-containing film was formed. Comparative Example 6 Using the same substrate as in Example 1, and by the same method as in Example 3, irradiation energy of nitrogen ions was 10 KeV, B / N.
After forming a boron nitride-containing film of about 500 nm so that the composition ratio becomes 20, a nitrogen ion irradiation energy of 10 KeV and a B / N composition ratio = 15 are formed on the film.
A film containing boron nitride having a thickness of about 500 nm was formed. Comparative Example 7 Using the same substrate as in Example 1, and by the same method as in Example 1, without previously irradiating the substrate with nitrogen ions, irradiation energy of nitrogen ions was 0.2 KeV, B / N composition ratio =
A film containing boron nitride having a thickness of about 500 nm was formed so as to have a thickness of 5.

【0027】このようにして形成された膜の硬度を、1
0g荷重のビッカース硬度計によりそれぞれ測定した。
また、上記膜を、シリコン基板をリファレンスとして、
赤外吸収ピークをFT−IR(フーリエ変換赤外分光
法)により測定し、その際の1380cm-1と1080
cm-1との波数での吸収ピークの強度比をそれぞれ求め
た。さらに、実施例3及び4、比較例3〜6のものを大
気中において加熱し、膜の酸化による重量変化が生じる
温度を求めた。それらの結果を表1に示す。
The hardness of the film thus formed is 1
Each was measured by a Vickers hardness meter with 0 g load.
In addition, the above film, the silicon substrate as a reference,
The infrared absorption peak was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy), and at that time, 1380 cm -1 and 1080
The intensity ratio of the absorption peak at the wave number of cm −1 was obtained. Further, the materials of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 to 6 were heated in the atmosphere, and the temperature at which the weight change due to the oxidation of the film was generated was determined. The results are shown in Table 1.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】表1から明らかなように、実施例の膜は、
いづれも本発明にしめす範囲内にピーク強度比を有して
いたが、比較例1及び7以外の比較例の膜はいずれも本
発明にしめす範囲内にピーク強度比を有していなかっ
た。一方、実施例の膜及び比較例1、6及び7の膜はい
ずれもビッカース硬度が3000kg/cm2 以上の値
を示したが、特に比較例2、4及び5の膜はビッカース
硬度が1500kg/cm2 以下の値を示したにすぎな
かった。また、比較例1及び3は、ビッカース硬度測定
時に、圧痕の先端にクラックが形成されたのに対し、実
施例の膜はいずれも圧痕の先端にクラックは認められな
かった。
As is clear from Table 1, the membranes of the examples are
Each had a peak intensity ratio within the range indicated by the present invention, but none of the comparative examples except Comparative Examples 1 and 7 had a peak intensity ratio within the range indicated by the present invention. On the other hand, the films of Examples and the films of Comparative Examples 1, 6 and 7 all showed a Vickers hardness of 3000 kg / cm 2 or more, but the films of Comparative Examples 2, 4 and 5 had a Vickers hardness of 1500 kg / cm 2. It only showed values below cm 2 . Further, in Comparative Examples 1 and 3, cracks were formed at the tips of the indentations during Vickers hardness measurement, whereas no cracks were observed at the tips of the indentations in any of the films of the examples.

【0030】さらに、実施例5と比較例7の膜の密着性
をスクラッチ試験器にてダイヤモンドの圧子の荷重を0
Nより連続的に増加させ、AE信号が急激に増加する荷
重を測定した。その結果、実施例5においては45N、
比較例7においては36Nの値を示し、予め窒素イオン
を基板に照射した実施例5は、イオン照射しない比較例
7と比較して、密着性に優れていることがわかった。
Further, the adhesion of the films of Example 5 and Comparative Example 7 was evaluated with a scratch tester by applying a diamond indenter load of 0.
The load at which the AE signal sharply increased was measured by continuously increasing from N. As a result, in Example 5, 45N,
In Comparative Example 7, a value of 36 N was shown, and it was found that Example 5 in which the substrate was previously irradiated with nitrogen ions was superior in adhesiveness to Comparative Example 7 in which ion irradiation was not performed.

【0031】従って、1380cm-1と1080cm-1
との波数での吸収ピークの強度比が本発明の範囲、つま
り0.15〜3.5の範囲内にある膜は、硬度、靱性及
び化学的安定性のいずれにも優れていることが分かっ
た。さらに、基板の表面に窒素原子が注入された領域を
有し、該領域の表面に、シリコン、窒化ホウ素含有膜を
構成する窒素原子及びホウ素原子が混在した領域を有す
る窒化ホウ素膜においては、密着性にも著しく優れてい
ることが分かった。
Therefore, 1380 cm -1 and 1080 cm -1
It was found that the film having an absorption peak intensity ratio at the wave numbers of and in the range of the present invention, that is, in the range of 0.15 to 3.5 is excellent in hardness, toughness, and chemical stability. It was Further, in a boron nitride film having a region in which nitrogen atoms are implanted on the surface of the substrate and having a region in which silicon and nitrogen atoms and boron atoms forming the boron nitride-containing film are mixed on the surface of the region It was found that it was also extremely excellent in sex.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明の窒化ホウ素含有膜被覆基体によ
れば、赤外分光法による赤外吸収ピークを少なくとも約
1080cm-1と約1380cm-1との波数に有し、約
1380cm-1と1080cm-1との波数での吸収ピー
クの強度比を0.15〜3.5に有する窒化ホウ素含有
膜を基体上に被覆するので、結晶構造として、所望の割
合でc−BNとh−BNが混在することとなる。よっ
て、c−BNに基づいた高硬度を有し、h−BNに基づ
いたc軸方向に僻開した軟性によりc−BNの脆性が解
消されて、全体として優れた硬度と靱性を有し、且つ化
学的に安定した基体を得ることができる。
According to a boron nitride-containing film-coated substrate of the present invention, has a wave number of at least about 1080 cm -1 to about 1380 cm -1 of the infrared absorption peak by infrared spectroscopy, and about 1380 cm -1 Since a boron nitride-containing film having an absorption peak intensity ratio of 0.15 to 3.5 at a wave number of 1080 cm −1 is coated on a substrate, a crystalline structure of c-BN and h-BN at a desired ratio is obtained. Will be mixed. Therefore, it has a high hardness based on c-BN, the brittleness of c-BN is eliminated by the softness cleaved in the c-axis direction based on h-BN, and it has excellent hardness and toughness as a whole, In addition, a chemically stable substrate can be obtained.

【0033】また、基体表面に基体を構成する原子、窒
化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及びホウ素原子が混
在した領域が形成されている場合には、基体と膜との界
面を消失させることにより、窒化ホウ素含有膜の基体へ
の密着性を向上させることができる。さらに、基体表面
に窒素原子が注入された領域を有する場合には、窒化ホ
ウ素含有膜の基体への濡れ性を改善することができると
ともに、基体と該膜との格子定数の不整合の改善によっ
て、膜形成時に発生する内部応力を緩和することがで
き、基体への窒化ホウ素含有膜の密着性を向上させるこ
とができる。
Further, in the case where a region in which atoms constituting the substrate, nitrogen atoms constituting the film containing boron nitride and boron atoms are mixed is formed on the surface of the substrate, the interface between the substrate and the film disappears. The adhesion of the boron nitride-containing film to the substrate can be improved. Further, when the substrate surface has a region in which nitrogen atoms are implanted, the wettability of the boron nitride-containing film to the substrate can be improved, and the lattice constant mismatch between the substrate and the film can be improved. The internal stress generated during the film formation can be relaxed, and the adhesion of the boron nitride-containing film to the substrate can be improved.

【0034】また、基体表面に窒素原子が注入された領
域を有し、さらに該領域の表面に、基体を構成する原
子、窒化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及びホウ素原
子が混在した領域が形成されている場合には、濡れ性が
向上し、基体と膜との間に生じる内部応力をさらに緩和
することができ、窒化ホウ素含有膜の基体への密着性を
著しく向上させることができる。
Further, the substrate surface has a region into which nitrogen atoms have been implanted, and a region in which atoms constituting the substrate and nitrogen atoms and boron atoms constituting the boron nitride-containing film are mixed is formed on the surface of the region. In such a case, the wettability is improved, the internal stress generated between the substrate and the film can be further relaxed, and the adhesion of the boron nitride-containing film to the substrate can be significantly improved.

【0035】従って、c−BNに基づいた高い硬度を有
し、h−BNに基づいたc軸方向に僻開した軟性により
c−BNの脆性が解消されて、硬度及び靱性に優れ、か
つ化学的に安定した基体を得ることができ、工具、金
型、磁気ヘッド等の各種の用途に使用することが可能と
なる。
Therefore, it has a high hardness based on c-BN, the brittleness of c-BN is eliminated by the softness cleaved in the c-axis direction based on h-BN, and the hardness and toughness are excellent and the chemical property is high. A stable base material can be obtained, and it can be used in various applications such as tools, molds, and magnetic heads.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る窒化ホウ素含有膜被覆基体の実施
例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a boron nitride-containing film-coated substrate according to the present invention.

【図2】本発明に係る窒化ホウ素含有膜被覆基体の別の
実施例を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a boron nitride-containing film-coated substrate according to the present invention.

【図3】本発明に係る窒化ホウ素含有膜被覆基体の製造
に用いる膜形成装置の要部の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a main part of a film forming apparatus used for manufacturing a boron nitride-containing film-coated substrate according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板(基体) 1a Si、B、Nが混在した領域 1b Si、Nが混在した領域(N注入領域) 2 窒化ホウ素含有膜 3 蒸発源 4 イオン源 5 真空容器 6 膜厚モニタ 7 イオン電流モニタ 8 基体ホルダー 10、20 窒化ホウ素含有膜被覆基体 1 Silicon Substrate (Base) 1a Si, B, N Mixed Area 1b Si, N Mixed Area (N Implanted Area) 2 Boron Nitride Containing Film 3 Evaporation Source 4 Ion Source 5 Vacuum Container 6 Thickness Monitor 7 Ion Current Monitor 8 Substrate holder 10, 20 Boron nitride-containing film-coated substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上に、赤外分光法による赤外吸収ピ
ークを少なくとも約1080cm-1と約1380cm-1
との波数に有し、約1380cm-1と約1080cm-1
との波数での吸収ピークの強度比が0.15〜3.5の
範囲にある窒化ホウ素含有膜を被覆してなることを特徴
とする窒化ホウ素含有膜被覆基体。
1. An infrared absorption peak by infrared spectroscopy of at least about 1080 cm -1 and about 1380 cm -1 on the substrate.
It has about 1380cm -1 and about 1080cm -1
A substrate coated with a boron nitride-containing film, characterized by being coated with a boron nitride-containing film having an absorption peak intensity ratio in the wave number of 0.15 to 3.5.
【請求項2】 基体が、該基体表面に基体を構成する原
子、窒化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及びホウ素原
子が混在した領域を有する請求項1記載の窒化ホウ素含
有膜被覆基体。
2. The substrate coated with a boron nitride-containing film according to claim 1, wherein the substrate has a region in which atoms constituting the substrate, nitrogen atoms and boron atoms constituting the boron nitride-containing film are mixed on the surface of the substrate.
【請求項3】 基体が、該基体表面に窒素原子が注入さ
れた領域を有する請求項1記載の窒化ホウ素含有膜被覆
基体。
3. The boron nitride-containing film-coated substrate according to claim 1, wherein the substrate has a region in which nitrogen atoms are implanted on the surface of the substrate.
【請求項4】 基体が、該基体表面に窒素原子が注入さ
れた領域を有し、さらに該領域の表面に、基体を構成す
る原子、窒化ホウ素含有膜を構成する窒素原子及びホウ
素原子が混在した領域を有する請求項1記載の窒化ホウ
素含有膜被覆基体。
4. The substrate has a region in which nitrogen atoms are implanted on the surface of the substrate, and atoms constituting the substrate, nitrogen atoms and boron atoms constituting the boron nitride-containing film are mixed on the surface of the region. The boron-nitride-containing film-coated substrate according to claim 1, which has a formed region.
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